DE4113433A1 - Geregeltes netzteil, insbesondere fuer ein tragbares antennenmessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung für ein geregeltes, lineares Netzteil mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen.

Antennenmeßgeräte werden vom Fachmann üblicherweise mit einem Schultergurt getragen. Er muß - durch die übliche Art der Auf­ stellung von Antennen bedingt - mit dem Antennenmeßgerät an schwer zugänglichen Orten auf dem Dach oder unter dem Dach ar­ beiten. Deshalb ist es für den Fachmann im wahrsten Sinne des Wortes "erschwerend", wenn das Antennenmeßgerät schwer ist. Bekannte Antennenmeßgeräte wiegen ca. 10 bis 14 kg.

Es sind zweistufige, geregelte, lineare Netzteile bekannt, bei denen nur die zweite Netzteilstufe geregelt wird. In diesem Fall sorgt die erste Netzteilstufe für die Trans­ formation und ggfs. die Gleichrichtung der Eingangsspannung.

Durch die Hintereinanderschaltung der zwei Stufen muß die erste Stufe so ausgelegt sein, daß sie sowohl den Leistungs­ verlust der zweiten Stufe als auch die abgegebene Leistung des Gesamtnetzteiles bereitstellen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gewicht von elektrischen Geräten mit geregeltem Netzteil, insbesondere von tragbaren Antennenmeßgeräten, zu vermindern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltung für ein ge­ regeltes lineares Netzteil mit den im Patentanspruch ange­ gebenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Schaltung für ein geregeltes, lineares Netzteil besteht aus zwei Netzteilstufen. Die erste Netzteil­ stufe wird mit Wechselstrom gespeist. Sie besteht im wesent­ lichen aus einem Transformator und einem nachgeschalteten Gleichrichter, der die herunter transformierte Wechselspannung des Netzes gleichrichtet und an den Ausgang der ersten Netz­ teilstufe weitergibt. Desweiteren hat es sich als Vorteil gezeigt, daß man eine Batterie in die erste Netzteilstufe aufnehmen kann, die z. B. über ein Batterieladegerät, das an der Ausgangsspannung der ersten Netzteilstufe angeschlossen ist, aufgeladen wird und bei Bedarf, d. h. z. B. bei Strom­ ausfall oder falls überhaupt kein Netzanschluß vorhanden ist, die Versorgung der zweiten Netzteilstufe über die Batterie gewährleistet. Solche Probleme treten häufig auf, wenn das Netzteil in einem Antennenmeßgerät eingebaut ist und man z. B. im Freien, ein ganzes Stück von dem nächsten Netzan­ schluß entfernt, versucht eine Antenne auszumessen. Der Batteriestrom kann an einem zwischen den beiden Netzteilstufen liegenden Anschlußpunkt eingespeist werden.

Die erste Netzteilstufe ist über ihren Ausgang mit dem Ein­ gang der zweiten Netzteilstufe verbunden und an dieser Ver­ bindung ist vorzugsweise ein Kondensator gegen Masse ange­ schlossen. Dieser Kondensator bewirkt eine Glättung der gleich­ gerichteten Ausgangsspannung der ersten Netzteilstufe, die die Versorgungsspannung oder Eingangsspannung der zweiten Netzteilstufe darstellt.

Die Eingangsspannung der zweiten Netzteilstufe wird von einem Regler aufgenommen, der die Gleichspannung konstant regelt und die konstant geregelte Spannung am Ausgang der zweiten Netzteilstufe und somit am Ausgang des gesamten Netzteils anbietet.

Ein weiteres wesentliches Element in der zweiten Netzteil­ stufe ist eine Vergleichsschaltung, die die Eingangsspannung der zweiten Netzteilstufe mit deren Ausgangsspannung ver­ gleicht und dann je nach Verhältnis der beiden Spannungen über den Ausgang der Vergleichsschaltung zum einen ein Steuer­ signal an den Steuereingang des Reglers gibt und zum anderen der Eingangsspannung des Reglers eine zusätzliche Spannung über­ lagert.

Ein anderer wesentlicher Bestandteil der zweiten Netzteilstufe ist die Begrenzungsschaltung, die die Ausgangsspannung der zweiten Netzteilstufe abgreift. Überschreitet die Ausgangs­ spannung eine Grenzspannung, so gibt die Begrenzungsschaltung über ihren Ausgang, der mit dem Steuereingang des Reglers ver­ bunden ist, ein Steuersignal an den Regler, so daß der Regler die Spannung begrenzt.

Im folgenden wird die Schaltung und ihre wesentlichen Funktions­ einheiten an einem Beispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der Schaltung für das geregelte, lineare Netzteil.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau der zweiten Netz­ teilstufe.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für das geregelte, lineare Netzteil.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, bei dem die Ausgangsspannung des geregelten, linearen Netzteils als Funktion der Netzspannung bei verschiedener Belastung.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, bei dem der Spannungsabfall an Regler als Funktion der Netzspannung für ver­ schiedene Belastungen (1 A und 4 A Last) darge­ stellt ist.

Im schematischen Aufbau des geregelten, linearen Netzteils (Fig. 1) ist der zweistufige Aufbau aus der ersten Netzteil­ stufe 1 und der zweiten Netzteilstufe 2 deutlich zu erkennen. Die erste Netzteilstufe 1 nimmt die Netzspannung auf, trans­ formiert sie auf die Betriebsspannung der zweiten Netzteil­ stufe 2 herunter und regelt sie gleich. Die transformierte, gleichgerichtete Spannung der ersten Netzteilstufe 1 wird über ihren Ausgang an den Eingang der zweiten Netzteilstufe 2 weitergegeben, wobei ein Kondensator C1, der an die Verbindung der zwei Netzteilstufen angeschlossen ist, eine zusätzliche Glättung der Betriebsspannung der zweiten Netzteilstufe 2 be­ wirkt. Die zweite Netzteilstufe 2 sorgt für die Konstantregelung der Betriebsspannung, die sie über ihren Eingang erhält, und dann an ihren Ausgang, der zugleich der Ausgang des gesamten Netzteils ist, weitergibt.

Die Fig. 2 zeigt einen schematischen Aufbau der zweiten Netz­ teilstufe 2, die einen Regler 3, eine Begrenzungsschaltung 7 und eine Vergleichsschaltung 4 enthält.

Der Regler 3 nimmt an seinen Stromeingang 5 die Betriebs­ spannung der zweiten Netzteilstufe 2 auf und gibt über seinen Ausgang die geregelte, konstant gehaltene Spannung an den Aus­ gang der zweiten Netzteilstufe 2 ab. Der Regler 3 besitzt noch einen weiteren Eingang, den Steuereingang 6, über den er Steuer­ signale der Begrenzerschaltung 5 und der Vergleichsschaltung 4 erhält.

Die Begrenzerschaltung 5 nimmt die Ausgangsspannung auf, ver­ gleicht diese mit einer Referenzspannung, gibt je nach dem Ver­ hältnis der Ausgangsspannung und der Referenzspannung ein ent­ sprechendes Signal über ihren Ausgang an den Steuereingang 6 des Reglers 3 weiter.

Die Vergleichsschaltung 4 nimmt an einem ihrer Eingänge die Eingangsspannung auf, am anderen Eingang nimmt sie die Ausgangs­ spannung auf, vergleicht diese beiden und gibt, je nach Größe der Differenz dieser beiden, über ihren Ausgang zum einen ein Steuersignal an den Steuereingang 6 des Reglers 3 und zum andern überlagert sie die Eingangsspannung am Stromeingang 5 des Reglers eine zusätzliche Spannung.

Die in Fig. 3 gezeigte detaillierte Schaltungsanordnung für ein zweistufiges, lineares, geregeltes Netzteil zeigt einen Transformator Tr, der die Netzspannung aufnimmt, transformiert und anschließend an den nachgeschalteten Gleichrichter Gl weitergibt. Der Ausgang ist über einen Kondensator C1 mit Masse verbunden, der die gleichgerichtete Ausgangsspannung der ersten Netzteilstufe 1 glättet. Die transformierte, gleich­ gerichtete, geglättete Netzspannung stellt die Eingangs- oder Betriebsspannung der jetzt folgenden zweiten Netzteilstufe 2 dar.

Der Regler 3 in Fig. 3 besteht im wesentlichen aus einer Kombination von zwei Transistoren T1, T2. Der Emitter und der Kollektor des Transistors T1 sind mit dem Eingang und Ausgang der zweiten Netzteilstufe 2 verbunden. Der Emitter des Transistors T1 ist der Stromeingang 5 des Reglers 3. Der Transistor T2 ist so geschaltet, daß er als Verstärker und Inverter für die Ansteuerung von T1 dienen kann, d. h. sein Kollektor ist über einen Widerstand R4 mit der Basis von T1 verbunden und sein Emitter ist über einen Wider­ stand R7 auf Masse gelegt. Durch Verändern des Potentials an der Basis von Transistor T2 gelingt es, die Verhält­ nisse in T1 so zu ändern, daß der Eingangsstrom der Netz­ teilstufe 2 über T2 abgeleitet wird und nicht an den Aus­ gang gelangt. Die Basis von T2 ist also der Steuereingang 6 des Reglers 3, über den der Stromfluß in der zweiten Netz­ teilstufe 2 und somit auch die Spannungsverhältnisse am Ausgang geregelt werden.

Die Eingangsspannung wird über die Widerstandskette R1, R2 geteilt und an den Komparator K1 weitergegeben, der das wesentliche Bauteil der Vergleichsschaltung 4 darstellt und über seinen zweiten Eingang die durch den einstellbaren Spannungsteiler R5 geteilte Ausgangsspannung erhält. Im Komparator K1 wird die geteilte Eingangsspannung mit der geteilten Ausgangsspannung verglichen und je nach Größe der Differenz über seinen Ausgang zum einen ein Steuersignal an die Basis von T2, den Steuereingang 6 des Reglers 3, ge­ geben, das entweder einen Teil des Eingangstromes der zweiten Netzteilstufe 2 direkt auf Masse ableitet oder diesen Stromweg schließt, und zum andern der Eingangs­ spannung am Stromeingang 5 des Reglers 3 über den Widerstand R3 eine zusätzliche Spannung überlagert, so daß die Konstantregelung der Ausgangsspannung erreicht ist.

Durch eine geeignete Einstellung des Spannungsteilers 5 in der Vergleichsschaltung 4, der die Ausgangsspannung teilt, ge­ lingt es, über die Veränderung des Arbeitspunktes des Komparators 1 den Spannungsabfall am Regler unter Vollast konstant und gering zu halten. Somit ist der Leistungs­ verlust der zweiten Netzteilstufe 2, der im wesentlichen durch den Leistungsverlust am Regler 3 erzeugt wird, begrenzt und gering.

Zwischen der Widerstandskette R1, R2 und dem Eingang des Komparators K1 ist noch ein Kondensator C2 an Masse ange­ schlossen, der mit R1 und dem Innenwiderstand von T1 ein RC- Glied bildet, das einen eventuell noch vorhandenen Netzbrumm heraussiebt.

Wesentlicher Baustein der Begrenzungsschaltung 7 ist der Komparator K2 der an einem Eingang eine Referenzspannung von z. B. 4,7 V erhält und am anderen Eingang die über den variablen Spannungsteiler R6 die geteilte Ausgangsspannung erhält und entsprechend den Spannungsverhältnissen der Referenzspannung und der geteilten Ausgangsspannung ein Steuersignal über den Ausgang von K2 an die Basis von T2, d. h. den Steuereingang 6 des Reglers 3 gibt. Durch die Be­ grenzungsschaltung 7 wird bei Überschreiten der Ausgangs­ spannung über eine bestimmte Grenzspannung der Regler 3 so angesteuert, daß die Ausgangsspannung auf eine bestimmte Größe begrenzt bleibt. Diese Begrenzungsschaltung 7 tritt in Funktion, wenn durch geringe Belastung des Netzteils die Ausgangsspannung ansteigt und über die am einstellbaren Spannungsteiler R6 einzustellende Grenzspannung ansteigt.

Das in Fig. 4 dargestellte Diagramm zeigt die Ausgangs­ spannung des linearen, geregelten Netzteils als Funktion der Netzspannung, die das Netzteil aufnimmt, bei verschiedener Belastung. Man erkennt den linearen Zusammenhang der Ausgangs­ spannung von der Netzspannung bei Vollast von 4 A. Bei einer geringeren Belastung z. B. von 1 A Last ist die Ausgangsspannung um etwa 1 V höher als bei Vollast von 4 A Last, bei Über­ schreiten einer bestimmten Grenzspannung bewirkt die Be­ grenzungsschaltung ein Abflachen der Ausgangsspannung-Netz­ spannungskennlinie des Netzteils in eine Konstante.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das den Spannungsabfall am Regler bzw. am Transistor T1 als Funktion der Eingangs­ spannung d. h. der Netzspannung des linearen, geregelten Netzteils bei verschiedener Belastung (1 A und 4 A) dar­ stellt. Man erkennt, daß der Spannungsabfall am Regler 3 entsprechend der Auslegung der Schaltung für Vollast (4 A) konstant ist. Der Spannungsabfall am Regler 3 für eine ge­ ringere Belastung des Netzteils (1 A) zeigt einen linearen Zusammenhang mit der Netzspannung.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung für ein lineares, ge­ regeltes Netzteil gelingt es den Leistungsverlust an der zweiten Netzteilstufe 2 zu verringern. Durch diesen ver­ ringerten Leistungsverlust ist es nun möglich, den Trans­ formator Tr der ersten Netzteilstufe 1 in der Leistung kleiner auszulegen, was sich sehr deutlich in der ge­ wünschten Gewichtsreduzierung des Netzteils und somit des gesamten elektrischen Gerätes, das das Netzteil be­ inhaltet, bemerkbar macht. Die erste Netzteilstufe kann etwa 20% kleiner ausgelegt werden, was auch zu einer etwa 20%-igen Gewichtsreduzierung führt. Die Handhabung eines elektrischen Gerätes wie z. B. eines Antennenmeß­ gerätes, das ein erfindungsgemäßen Netzteil beinhaltet, wird durch diese Gewichtsreduzierung wesentlich er­ leichtert.

Darüberhinaus hat die Reduzierung der Verlustleistung, die im wesentlichen in Form von Wärme abgegeben wird, weitere Vorteile. Die elektrischen Schaltungen können einfacher, kleiner und leichter hergestellt werden, da es nun nicht mehr notwendig ist, bauliche Maßnahmen zu ergreifen, um die Kühlung der elektrischen Bauteile zu gewährleisten. Die elektrische Stabilität der einzelnen Bauelemente und somit der ganzen Schaltung gegenüber thermischen Schwankungen wird durch die Verringerung der Wärmefreisetzung positiv beeinflußt, da möglich Schwankungen aufgrund thermischer Veränderung der Kenn­ linie und der Arbeitspunkte der einzelnen Bauelemente verringert oder gar ausgeschlossen werden können. Es ist nun möglich billigere Standardbauteile zu ver­ wenden, die eine geringere Leistungsaufnahme aufweisen können und temperaturempfindlicher sein können.

Somit ist es gelungen über die Gewichtsreduzierung des Netzteils hinaus weitere wesentliche Vorteile zu erreichen.

Claims (1)

1. Schaltung für ein geregeltes, lineares Netzteil, ins­ besondere für ein tragbares Antennenmeßgerät, das mit Wechselstrom gespeist wird und einen Gleichstrom mit konstanter Gleichspannung liefert, mit zwei hinterein­ andergeschalteten Netzteilstufen (1, 2); die erste Netzteil­ stufe (1) liefert eine Gleichspannung, die die zweite Netz­ teilstufe (2) als Betriebsspannung erhält; die erste Netz­ teilstufe (1) enthält einen Transformator (TR) mit nachge­ schaltetem Gleichrichter (GL); die zweite Netzteilstufe (2) hat einen Regler (3), der die Eingangsspannung der zweiten Netzteilstufe (2) aufnimmt, verarbeitet und am Ausgang den Gleichstrom mit konstanter, geregelter Spannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Netzteilstufe (2) eine Vergleichsschaltung (4) enthält, die die Eingangsspannung der zweiten Netzteilstufe (2) mit deren Ausgangsspannung ver­ gleicht und mit ihrem Ausgang einerseits mit dem Stromeingang (5) des Reglers (3) und andererseits mit einem Steuereingang (6) des Reglers (3) verbunden ist, und daß die Ausgangs­ spannung der zweiten Netzteilstufe (2) durch eine Begrenzungs­ schaltung (7) abgegriffen wird, die bei Überschreiten der vorgesehenen Ausgangsspannung ein Steuersignal an den Steuer­ eingang (6) des Reglers (3) gibt, so daß bei Vollast der Spannungsabfall am Regler (3) annähernd konstant ist.